Question

氮的固定是指將氮元素由游離態轉化為化合態的過程．據報道，常溫、常壓、光照條件下，N₂在摻有少量氧化鐵的二氧化鈦催化劑表面能與水發生反應，生成的主要產物為NH₃，相應的熱化學方程式為：2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530.0kJ/mol．目前工業合成氨的原理是：N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ/mol．
回答下列問題：
（1）寫出表示氫氣燃燒熱的熱化學方程式

 

．
（2）在恒溫恒容密閉容器中進行的工業合成氨反應，下列能表示達到平衡狀態的是

 

（填序號）．
A．混合氣體的壓強不再發生變化
B．混合氣體的平均相對分子質量不再發生變化
C．三種物質的濃度比恰好等于化學方程式中各物質的化學計量數之比
D．單位時間內斷開3a個H-H鍵的同時形成6a個N-H鍵
E．反應容器中N₂、NH₃的物質的量的比值不再發生變化
（3）在一定溫度下，向容積不變（始終為10L）的密閉容器中加入2mol N₂、8mol H₂及固體催化劑．10分鐘后反應達到平衡狀態，容器內氣體壓強變為起始的80%，10分鐘內用氮氣的濃度表示的化學反應速率為

 

，平衡時氮氣的轉化率為

 

．則該溫度下反應的平衡常數K=

 

（計算結果可用分數表示）．
（4）原料氣H₂可通過反應 CH₄（g）+H₂O（g）═CO（g）+3H₂（g）獲取，已知該反應中，當初始混合氣中的

n(H2O)

n(CH4)

 恒定時，溫度、壓強對平衡混合氣CH₄含量的影響如圖所示：
①圖中，兩條曲線表示壓強的關系是：P₁

 

P₂（填“＞”、“=”或“＜”）．
②該反應為

 

反應（填“吸熱”或“放熱”）．

Answer 1

考點：熱化學方程式,化學平衡的影響因素,化學平衡狀態的判斷,產物的百分含量隨濃度、時間的變化曲線

專題：化學平衡專題

分析：（1）已知①2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530.0kJ/mol．
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ/mol，利用蓋斯定律將

②×2-①

6

可得氫氣燃燒的熱化學方程式；
（2）達到平衡時，正逆反應速率相等，各物質的濃度不變，以此衍生的一些物理量也不變，以此判斷是否達到平衡狀態；
（3）令參加反應的氮氣的物質的量為amol，利用三段式表示出各物質的變化量、平衡時物質的量，利用壓強之比等于物質的量之比列方程計算a，依據反應速率概念就是V=

△c

△t

，轉化率=

消耗量

起始量

×100%，平衡常數等于生成物平衡濃度冪次方乘積除以反應物平衡濃度冪次方乘積計算得到；
（4）①依據圖象變化分析，相同溫度下，CH₄（g）+H₂O （g）═CO（g）+3H₂（g），反應是氣體體積增大的反應，壓強越大，平衡逆向進行，甲烷平衡含量越高；
②壓強一定，溫度升高，甲烷平衡含量減小，平衡正向進行，依據平衡移動原理分析判斷．

解答： 解：（1）已知①2N₂（g）+6H₂O（l）?4NH₃（g）+3O₂（g）△H=+1530.0kJ/mol．
②N₂（g）+3H₂（g）?2NH₃（g）△H=-93.0kJ/mol，利用蓋斯定律將

②×2-①

6

可得H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-286.0 kJ/mol，
故答案為：H₂（g）+

1

2

O₂（g）=H₂O（l）△H=-286.0 kJ/mol；
（2）A．混合氣體的壓強不再發生變化，在恒溫恒容密閉容器中，因為合成氨是氣體分子數目減小的反應，混合氣體的壓強不再發生變化，說明達到平衡狀態，故A正確；
B．反應前后氣體的物質的量不相等，混合氣體的相對分子質量不再發生變化，可說明氣體的總物質的量不變，說明達到平衡狀態，故B正確；
C．三種物質的濃度比恰好等于化學方程式中各物質的化學計量數之比，三種物質的濃度比恰好等于化學方程式中各物質的化學計量數之比可能只是某一時刻的比值，不能證明是否達到平衡，故C錯誤；
D．無論是否達到平衡狀態，都存在單位時間內斷開3a個H-H鍵的同時形成6a個N-H鍵，不能說明達到平衡狀態，故D錯誤；
E．反應容器中N₂、NH₃的物質的量的比值不再發生變化，說明各物質濃度不變，反應達到平衡狀態，故E正確．
故答案為：ABE；
（3）令參加反應的氮氣的物質的量為amol，則：
           N₂（g）+3H₂（g）═2NH₃（g）
開始（mol）：2       8         0
轉化（mol）：a       3a       2a
平衡（mol）：2-a     8-3a      2a
故2-a+8-3a+2a=（2+8）×80%，解得a=1
氮氣的反應速率=

1mol 10L

10min

=0.01 mol?L^-1?min^-1；
氮氣的轉化率=

1mol

2mol

×100%=50%；
平衡常數K=

( 2mol 10L )2

1mol 10L ×( 5mol 10L )3

=3.2 L²/mol²
故答案為：0.01 mol?L^-1?min^-1； 50%；3.2 L²/mol²
（4）①依據圖象變化分析，相同溫度下，CH₄（g）+H₂O （g）═CO（g）+3H₂（g），反應是氣體體積增大的反應，壓強越大，平衡逆向進行，甲烷平衡含量越高，所以P₂＞P₁；故答案為：＜；
②壓強一定，溫度升高，甲烷平衡含量減小，平衡正向進行，正反應為吸熱反應，故答案為：吸熱．

點評：本題考查較綜合，涉及知識點較多，涉及通過圖象分析化學反應速率、化學平衡及計算、平衡常數的計算應用以及熱化學方程式和蓋斯定律計算等問題，主要是圖象分析判斷，平衡移動原理的理解應用，為高頻考點，側重于學生的分析能力和計算能力的考查，需要學生較強的觀察能力及思維能力，難度中等．